У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-прикладна задача підвищення надійності контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт, що полягає у встановленні закономірностей роботи термокаталітичних датчиків при несанкціонованому втручанні в роботу аналізаторів метану і дії на датчики екстремальних значень неконтрольованих чинників, дослідженні динамічних властивостей аналізаторів метану при зміні концентрації метану і режимів роботи датчиків, що дозволяє здійснити автоматичну діагностику стану аналізаторів і виявляти випадки несанкціонованого втручання в їх роботу. Найбільш важливі наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному: 1. Одним з основних видів аварій на вугільних шахтах України є вибухи метану, що значною мірою обумовлено недостатньою надійністю контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт і недооцінкою небезпеки виникнення вибухів. Основними причинами, що обумовлюють неспрацьовування автоматичного газового захисту при загазуванні виробок шахт метаном до вибухонебезпечної концентрації, є відсутність автоматичної діагностики стану засобів контролю вибухонебезпечності і несанкціоноване втручання в їх роботу. 2. Досліджено фактори, що впливають на надійність засобів контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт, виявлені і пояснені причини відмов і нестабільної роботи існуючих засобів контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт, у тому числі: - встановлено, що при всіх випадках несанкціонованого обмеження надходження метаноповітряної суміші до виносних датчиків газоаналізаторів істотно знижується вихідний сигнал вимірювального моста і відносна величина макро- і мікрофлуктуацій вихідного сигналу газоаналізатора (більше ніж у 3 рази), у випадку ж часткового заливання металокерамічного фільтра термокаталітичного датчика водою відносна величина макрофлуктуацій вихідного сигналу газоаналізатора практично не змінюється, а відносна величина мікрофлуктуацій знижується майже в два рази у порівнянні з нормальною роботою датчика; - виявлено, що при значних ударних впливах на термокаталітичні датчики виникає істотний зсув нуля аналізаторів при збереженні постійної чутливості по газу метану; - встановлено, що багаторазове заливання фільтра термокаталітичних датчиків чистою мінералізованою шахтною водою спричиняє зсув нуля газоаналізаторів убік позитивних значень вихідного сигналу, а багаторазове заливання фільтра неочищеною мінералізованою шахтною водою крім зсуву нуля призводить до зниження показань аналізаторів; - показано, що при тривалій роботі аналізаторів в умовах високих концентрацій метану через більш інтенсивне зношення чутливого елемента відбувається помітне змішання нуля газоаналізатора убік позитивних значень вихідного сигналу без істотної зміни чутливості; - установлено, що вплив високих концентрацій диоксида сірки і сірководню не призводить до зсуву нуля газоаналізаторів, однак практично у всіх термокаталітичних датчиків спостерігається зниження чутливості. 3. Теоретично й експериментально обґрунтовані методи автоматичної діагностики засобів контролю метану, у тому числі: - діагностики нуля вимірювального моста шляхом зниження напруги живлення термогрупи до величини, при якій не протікає реакція окислювання метану на каталітично активному елементі, при застосуванні схеми включення термокаталітичного датчика у вимірювальний міст, що дозволяє керувати положенням вольтамперних характеристик термоелементів; - діагностики активності робочого елемента термокаталітичних датчиків з подвійним дифузійним фільтром шляхом управління режимом живлення термоелементів; - перевірки блоків захисного відключення і працездатності блоків, що забезпечують однозначність роботи захисту, шляхом розбалансування вимірювального моста та за перехідними процесами на компенсаційному елементі. 4. Теоретично й експериментально обґрунтовані методи виявлення і захисту від несанкціонованого втручання в роботу засобів контролю метану, у тому числі: - виявлення випадків несанкціонованого обмеження надходження газоповітряної суміші до виносного датчика шляхом аналізу зміни характеру пульсацій вихідного сигналу аналізатора і його динамічних характеристик; - виявлення випадків заливання водою металокерамічного фільтра датчика шляхом аналізу зміни залежності вихідного сигналу від величини напруги живлення вимірювального моста в районі екстремуму характеристики і характеру протікання перехідних процесів після нетривалого припинення процесу окислювання метану на робочому елементі; - забезпечення працездатності аналізаторів при заливанні металокерамічного фільтра датчика водою шляхом обробки фільтра розчином, що додає його поверхні гідрофобні властивості; - підвищення механічної стійкості термокаталітичного датчика шляхом покриття виводів чутливих елементів і місця їхні приварювання до стійок для підключення в схему струмопровідним лаком. За результатами проведених теоретичних і експериментальних досліджень запропоновані схемні рішення і розроблені алгоритми роботи аналізаторів, що дозволяють здійснювати автоматичну діагностику стану газоаналізаторів і забезпечують виявлення випадків несанкціонованого втручання в роботу засобів контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт, що дозволяє значно підвищити надійність контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт і стало підставою для розробки технічного завдання на виконання дослідно-конструкторських робіт з розробки мікропроцесорних стаціонарних аналізаторів метану з автоматичною діагностикою працездатності і захистом від несанкціонованого втручання. Основні положення і результати дисертації опубліковані у роботах: 1. Голинько В.И., Котляров А.К., Белоножко В.В. Контроль взрывоопасности горных выработок шахт. – Днепропетровск: Наука и образование, 2004. – 207 с. 2. Котляров А.К. Влияние процессов переоснащения угольных шахт средствами безопасности на состояние травматизма и аварийности в отрасли // Сб. науч. тр. НГУ. – 2003. – №17, том 2. – С. 400-403. 3. Котляров А.К. Контроль взрывоопасности горных выработок шахт / Науковий вісник НГУ, - Дніпропетровськ, 2003 – №12. – С. 62-65. 4. Котляров А.К. Исследование переходных процессов при ограничении подачи метановоздушной смеси в реакционную камеру датчика / Науковий вісник НГУ. – 2004. – №12. – С. 47-51. 5. Голинько В.И., Котляров А.К. Разработка метода контроля чувствительности термокаталитических датчиков метана // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-техн. зб. – 2004. Вип. 73. – С. 54-60. 6. Голинько В.И., Котляров А.К. Повышение надежности контроля содержания метана в горных выработках шахт // Разработка рудных месторождений: Научн.-техн. сб. – 2005. Вып. 88. – С. 221-224. 7. Голинько В.И., Котляров А.К. Разработка методов автоматической диагностики средств контроля метана // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. тр. – Макеевка-Донбасс: МакНИИ. – 2005. – С. 210-217. 8. Патент України 61224А, МК G01N25/22, Е21F1/00. Спосіб вимірювання вмісту горючих газів в шахтній атмосфері та пристрій для його реалізації / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 17.11.03 Бюл. №11. 9. Патент України 61611А, МК G01N25/22, E21F17/18. Система контролю вмісту горючого газу в шахтній атмосфері / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 17.11.03 Бюл. №11. 10. Патент України 61839А, МК E21F17/16. Чутливий елемент шахтних газоаналізаторів і спосіб його виготовлення / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 17.11.03 Бюл. №11. 11. Патент України 62861А, МК G01N27/18. Схема включення термокаталітичного датчика і спосіб її балансування / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 15.12.03 Бюл. №12. 12. Патент України 62857А, МК G01N27/18. Датчик шахтних газоаналізаторів і спосіб його виготовлення / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 15.12.03 Бюл. №12. 13. Патент України 62171А, МК G01N27/18. Сигналізатор метану, сполучений із шахтним головним світильником / В.В. Білоножко, В.П. Білоножко, В.І. Голінько, А.К. Котляров та ін. // Опубл. 15.12.03 Бюл. №12. 14. Котляров А.К. Эффективность контроля взрывоопасности горных выработок шахт // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Україна наукова 2003», Том 27. Гірнича справа. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2003.- С. 19-20. 15. Котляров А.К. Особенности контроля пылевзрывоопасности горных выработок шахт // Збірник доповідей міжн. наук.-техн. конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості”, том 1. – Кривий Ріг, КТУ, 2004. – С. 319 - 323 16. Котляров А.К. Повышение надежности систем аэрогазовой защиты горных выработок шахт // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Наука і освіта 2005», Том 63. Технічні науки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005.- С. 10-11. | 